年產(chǎn)5000噸晶體丙烯酰胺工藝設(shè)計(jì)(DOC 32頁).doc

年產(chǎn)5000噸晶體丙烯酰胺工藝設(shè)計(jì)第一章 概 述1.1丙烯酰胺的介紹丙烯酰胺（AM）是一種有機(jī)化合物，純品為結(jié)晶固體，易溶于水、甲醇、乙醇、丙醇，稍溶于乙酸乙酯、氯仿，微溶于苯，在酸堿環(huán)境中可水解成丙烯酸。職業(yè)性接觸主要見于丙烯酰胺生產(chǎn)和樹脂、黏合劑等的合成，在地下建筑、改良土壤、油漆、造紙及服裝加工等行業(yè)也有接觸機(jī)會(huì)。日常生活中，丙烯酰胺可見于吸煙、經(jīng)高溫加工處理的淀粉食品及飲用水中。丙烯酰胺屬中等毒類，對(duì)眼睛和皮膚有一定的刺激作用，可經(jīng)皮膚、呼吸道和消化道吸收，在體內(nèi)有蓄積作用，主要影響神經(jīng)系統(tǒng)，急性中毒十分罕見。密切大量接觸可出現(xiàn)亞急性中毒，中毒者表現(xiàn)為嗜睡、小腦功能障礙以及感覺運(yùn)動(dòng)型多發(fā)性周圍神經(jīng)病。長期低濃度接觸可引起慢性中毒，中毒者出現(xiàn)頭痛、頭暈、疲勞、嗜睡、手指刺痛、麻木感，還可伴有兩手掌發(fā)紅、脫屑，手掌、足心多汗，進(jìn)一步發(fā)展可出現(xiàn)四肢無力、肌肉疼痛以及小腦功能障礙等。1.2 丙烯酰胺的合成方法1.2.1 硫酸水合法19世紀(jì)末，由丙烯酰氯與氨首次合成了丙烯酰胺。1954年，美國Cyanamid公司采用丙烯腈硫酸水合法實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并被各國廣泛應(yīng)用。丙烯腈在硫酸存在下水合成丙烯酰胺的硫酸鹽，然后用液氨中和即生成丙烯酰胺和硫酸銨。反應(yīng)時(shí)，過長的停留時(shí)間和過高的反應(yīng)溫度都會(huì)增加副產(chǎn)物的收率，特別是聚合物和丙烯酸。必須嚴(yán)格控制反應(yīng)物的比例，以便抑制副反應(yīng)。從反應(yīng)混合物中回收丙烯酰胺是整個(gè)過程中成本最高和最困難的一步。通常采用苯結(jié)晶提純法和離子交換樹脂法。硫酸水合法投資大，丙烯腈等原料消耗定額高，并產(chǎn)生大量含丙烯酰胺的硫酸鹽或硫酸廢液污染環(huán)境，從20世紀(jì)60年代開始，美國、日本等國積極研制開發(fā)無公害的工藝路線。到目前為止，采用硫酸水合法制備丙烯酰胺的工藝已經(jīng)基本被淘汰。1.2.2 銅催化法70年代初日本和美國同時(shí)開發(fā)了以銅為主的各類催化水合法生產(chǎn)丙烯酰胺，由于它合硫酸法比有很多優(yōu)越性，純度及轉(zhuǎn)化率都有很大的提高，環(huán)境污染少，成本低，在70年代中期基本上取代了硫酸水合法。流程圖如圖1-1水合反應(yīng)100150丙烯腈水未反應(yīng)丙烯腈分離催化劑分離催化劑脫色除Cu濃縮產(chǎn) 品 圖1-1銅催化法流程方塊圖1.2.3微生物催化法采用微生物催化法效率大大的提高了，生產(chǎn)工藝大為簡化，除了省去丙烯腈回收、除Cu等工段外，微生物催化法的其他工段的生產(chǎn)工藝過程如脫色、濃縮、結(jié)晶、干燥等均合化學(xué)合成法相同。微生物法的核心技術(shù)在于生產(chǎn)高效率的微生物催化劑。如圖1-2丙烯腈水水合反應(yīng)1025脫色催化劑分 離固定化細(xì)胞濃縮產(chǎn)品圖1-2微生物催化法方塊流程圖目前，世界各國生產(chǎn)丙烯酰胺的主要廠商、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)方法見表一。表一 生產(chǎn)丙烯酰胺的主要廠商和生產(chǎn)能力和生產(chǎn)方法國別公司名稱生產(chǎn)能力（萬噸/年）生產(chǎn)方法美國氰胺公司454硫酸水合 催化水合道化學(xué)公司453硫酸水合 催化水合納爾科公司068催化水合小計(jì)975西歐西德司道克豪生化學(xué)公司道化學(xué)公司025055催化水合荷蘭氰胺公司27催化水合英國同盟膠體制造公司075催化水合小計(jì)425日本二菱化成30催化水合二井東壓15催化水合日東20微生物小計(jì)651.3丙烯酰胺聚合物的發(fā)展歷史丙烯酰胺(AM)最早于1893年由Moureu首次合成成功，至今已有一百多年的歷史。PAM在1983年由實(shí)驗(yàn)室制得。1954年首先在美國實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，初期的品種僅是單一的非離子型PAM。不久開發(fā)了堿性水解的陰離子型PAM和陰離子型PAM。PAM的優(yōu)良的水溶性、增稠性、絮凝性能和化學(xué)反應(yīng)活性顯示出了巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的應(yīng)用前景。丙烯酰胺單體由丙烯腈經(jīng)硫酸催化水合制取。20世紀(jì)70年代初美國和日本開發(fā)了丙烯腈銅催化水合法，1985年在日本又有丙烯腈酶催化水合法問世。1.4 我國丙烯酰胺的發(fā)展?fàn)顩r 我國聚丙烯酰胺產(chǎn)品的開發(fā)始于五十年代末期， 1962年上海天原化工廠建成我國第一套聚丙烯酰胺生產(chǎn)裝置， 生產(chǎn)水溶膠產(chǎn)品。目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家有70多家，總生產(chǎn)能力約為65kt/a(折合為100%) ，產(chǎn)量約為55kt/a ，消費(fèi)量約為70- 75kt/ a。其中大慶油田化學(xué)助劑廠于1995年從法國SNF公司引進(jìn)的50kt/a 聚丙烯酰胺生產(chǎn)裝置是目前我國最大的生產(chǎn)廠家(分子量為1500萬)，1998年產(chǎn)量達(dá)到5kt。我國聚丙烯酰胺的應(yīng)用研究開始于六十年代。最早用于礦物精選，而后在制糖、造紙、鋼鐵、水處理等領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大。目前聚丙烯酰胺的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槭烷_采、水處理、造紙、高吸水樹脂、冶金和洗煤等。其消費(fèi)結(jié)構(gòu)為： 油田開采占81%、水處理占9%、造紙占5%、礦山占2%、其它占3%。PAM最有價(jià)值的性能是分子量很高，水溶性強(qiáng)，可以制作出親水而水不溶性的凝膠，可以引進(jìn)各種離子基團(tuán)并調(diào)節(jié)分子量以得到持定的性能，對(duì)許多固體表面和溶解物質(zhì)有良好的粘附力。由于這些性能，使得PAM被廣泛應(yīng)用于增稠、絮凝、穩(wěn)定膠體、減阻、粘結(jié)、成膜、阻垢、凝膠及生物醫(yī)學(xué)材料等許多方面。PAM的最大用途是在水處理、造紙、采油、冶礦等領(lǐng)域。近年來，我國應(yīng)用最多的是三次采油方面。 在水處理方面，主要利用PAM中酰胺基可與許多物質(zhì)親和、吸附、形成氫鍵的特性。高分子分子量PAM在被吸附的粒子間形成“橋聯(lián)”，生成絮團(tuán)。達(dá)到微粒沉降的目的。依水質(zhì)的不同，可應(yīng)用非離子、陰離子、陽離子型等不同類型的聚合物。目前我國用于水處理方面的絮凝劑80%是聚丙烯酰胺產(chǎn)品。隨著水資源保護(hù)和環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)。PAM在工業(yè)水處理方面將擁有巨大的潛在市場(chǎng)。據(jù)國外某公司預(yù)測(cè)，至21世紀(jì)初，我國50萬人口以上的城市，用于水處理方面的PAM將達(dá)到（6-8）萬噸/年。1.5丙烯酰胺聚合物的應(yīng)用國際上丙烯酰胺聚合物用量最大的領(lǐng)域是水處理。由于其特有的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)因而在水處理領(lǐng)域具有極廣泛的用途，主要用作：絮凝劑、污泥脫水劑、助濾劑 。在原水處理中與活性炭配合使用，用于水的澄清，以得到符合要求的生活水源 和工業(yè)水源；在污水達(dá)標(biāo)處理中用做污泥脫水劑，以減少對(duì)環(huán)境的污染；在工業(yè) 廢水處理中用作配方劑，以提高水的重復(fù)利用率。絮凝技術(shù)是一種用來提高水質(zhì)處理效率的最常用技術(shù)。目前，絮凝技術(shù)是國內(nèi)外普遍用來提高水質(zhì)處理效率的一種既經(jīng)濟(jì)又簡便的水質(zhì)處理方法，廣泛地被用來處理工業(yè)廢水、生活污水、循環(huán)冷卻水等，對(duì)于加強(qiáng)全球環(huán)境保護(hù)和促進(jìn)人類身體健康，具有重大意義。目前，丙烯酰胺聚合物的研究開發(fā)主要有兩個(gè)方向：一方面具有新型結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)的丙烯酰胺衍生物聚合物的研究開發(fā)使聚丙烯酰胺衍生物的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展；另一方面對(duì)原有聚丙烯酰胺衍生物進(jìn)行改性和進(jìn)一步開發(fā)新的應(yīng)用。我國聚丙烯酰胺聚合物的應(yīng)用范圍正日益擴(kuò)大，用量在逐步增加。目前國內(nèi)丙烯酰胺聚合物生產(chǎn)企業(yè)多數(shù)規(guī)模較小，技術(shù)水平低，產(chǎn)品牌號(hào)少，產(chǎn)品分子質(zhì)量低，一些高分子質(zhì)量產(chǎn)品還不能生產(chǎn)，需要依賴進(jìn)口，且價(jià)格較高。今后應(yīng)重視在技術(shù)開發(fā)上的投入，通過引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)，研究開發(fā)具有新型結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)的丙烯酰胺聚合物，使丙烯酰胺聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，同時(shí)對(duì)原有聚丙烯酰胺聚合物進(jìn)一步改性并開發(fā)新的應(yīng)用。在石油開采方面，聚丙烯酰胺具有增稠、絮凝和對(duì)流體變性的調(diào)節(jié)作用?？捎米縻@井泥漿的增稠劑、穩(wěn)定劑和沉降絮凝劑。將聚丙烯酰胺加入鉆井泥漿中， 可以增加泥漿的稠度，提高懸浮力，使泥漿分散均勻，控制失水，增加穩(wěn)定性，降低摩阻，提高固井速度；在水處理中，聚丙烯酰胺用作絮凝劑，可用于城市污水、生活污水、工業(yè)廢水等的處理以及各種地下水和工業(yè)懸浮液固液分離工程中；在紡織工業(yè)中，聚丙烯酰胺作為織物后處理的上漿劑、整理劑，可以生成柔順、防皺、耐霉菌的保護(hù)層。利用它的吸濕性強(qiáng)的特點(diǎn)，能減少紡細(xì)紗時(shí)的斷線率；在造紙工業(yè)中，聚丙烯酰胺用作分散劑，可以改善紙頁的均勻度。用作增強(qiáng)劑， 能有效地提高紙張的強(qiáng)度。用作助留劑、濾水劑、沉降劑，能提高填料和細(xì)小纖維的存留率，加速脫水速度，還可沉淀污水、減少污染；在電解冶金或銅、鋅的電解精煉時(shí)，添加聚丙烯酰胺，可改善金屬在陰極沉積的質(zhì)量，并增加電流效率。在采礦、洗煤中，采用聚丙烯酰胺作絮凝劑，可促進(jìn)固體沉降，使水澄清，同時(shí)可回收大量有用的固體顆粒，避免對(duì)環(huán)境造成污染。聚丙烯酰胺作印染助劑時(shí)， 可使產(chǎn)品附著牢度大，鮮艷度高。在制糖業(yè)，聚丙烯酰胺可加速蔗汁中細(xì)粒子下沉，促進(jìn)過濾和提高濾液清澈度；在養(yǎng)殖業(yè)中，聚丙稀酰胺可改善水質(zhì)，增加水的透光性能，從而改善水的光合作用。此外，聚丙烯酰胺還可以用作隧道、水壩等工程堵水固沙的化學(xué)灌漿和水下、地下建筑物的防腐劑，還可用作土壤改良劑、纖維改性劑、粘結(jié)劑、光敏樹脂交聯(lián)劑等。1.6 國內(nèi)外丙烯酰胺生產(chǎn)現(xiàn)狀及消費(fèi)情況日本生產(chǎn)的丙烯酰胺在各行業(yè)中消耗量的比例如下：紙張?jiān)鰪?qiáng)劑 48%水處理 30%纖維處理劑及其他 8%出口 14%美國及西歐生產(chǎn)的丙烯酰胺在各行業(yè)中消費(fèi)量的情況如下： 美國 西歐水處理 50% 56%造紙 20-25 17%選礦 10-15% 22%石油工業(yè) 10-15% 5%其他 5% 我國丙烯酰胺在各行業(yè)中的消費(fèi)情況如下：石油工業(yè) 66.6%煤礦工業(yè) 4.4%紡織工業(yè) 5.2%造紙工業(yè) 15%水處理 2.0%冶金 32%化工 4.5%制糖 3.2%其他 9.45%第二章 工藝流程2.1工藝流程方塊圖水 汽過 濾粗原料罐提濃塔冷凝器AM精 制離心分離結(jié) 晶干 燥包 裝圖2-1工藝流程方塊圖2.2工藝流程說明 濃度為30%的丙烯酰胺經(jīng)粗過濾后進(jìn)入原料儲(chǔ)罐中，由離心泵送入提濃塔中進(jìn)行提濃，為了在提濃塔中更快的提濃，在送入提濃過程中要進(jìn)行預(yù)熱，提濃的熱源是熱空氣，熱空氣是由風(fēng)機(jī)從外面吸入大氣與蒸汽在空氣加熱器中進(jìn)行加熱而獲得的，空氣與蒸汽進(jìn)行熱交換后進(jìn)入提濃塔中從下而上進(jìn)行加熱提濃，提濃是一個(gè)間歇過程，一次性提濃不會(huì)達(dá)到結(jié)晶所要的濃度，所以要反復(fù)的提濃，當(dāng)濃度達(dá)到35%后送入冷凝器進(jìn)行冷凝，防止溫度過高引起聚合。經(jīng)過冷凝后溫度降到35度左右，送入粗丙烯酰胺罐，在儲(chǔ)罐外面要接冷凝套管通過泵進(jìn)行循環(huán)，防止外界溫度過高引起丙烯酰胺自發(fā)聚合。再配制濃度約為35%的鹽酸溶液存入鹽酸配制槽中和配制濃度約為35%的氫氧化鈉溶液存入堿液配制槽中。再用泵從粗丙烯酰胺罐中輸送原料進(jìn)入粗過濾器，除去粗原料中大顆粒的雜質(zhì)，再由粗過濾器送入活性炭過濾罐，吸附一些小顆粒的雜質(zhì)，再由活性炭過濾罐送入陽離子交換柱，用泵送配制好的鹽酸溶液進(jìn)入陽離子交換柱中除去金屬離子如Ca2+、Mg2+和Cu2+等，再送入陰離子交換柱，用泵送配制好的堿液加入陰離子交換柱中，除去酸根離子如SO42-和NO3-等。經(jīng)過這些過濾后，丙烯酰胺溶液符合結(jié)晶的標(biāo)準(zhǔn)，送入精制儲(chǔ)罐中。再由泵從儲(chǔ)罐送入結(jié)晶釜中進(jìn)行結(jié)晶，在結(jié)晶過程中采用-10的冷凍鹽水通入結(jié)晶釜的外面夾套中，控制釜中的溫度，同時(shí)要慢慢的攪拌。結(jié)晶后的物料送入離心機(jī)進(jìn)行離心分離，分離的晶體由輸送機(jī)送往干燥段。離心的溶液送入原料罐重復(fù)上面的步驟。干燥主要除去晶體中的水分，干燥的熱源是用蒸汽與空氣進(jìn)行熱交換，用熱空氣干燥晶體，再送入包裝機(jī)進(jìn)行包裝。2.3工藝流程控制說明2.3.1提濃塔溫度的控制 通過調(diào)節(jié)液體的流量和提濃平衡罐內(nèi)的液體流量來控制塔內(nèi)的溫度，提濃平衡罐采用連鎖的形式，當(dāng)溫度和液位超過設(shè)定數(shù)值時(shí)就自動(dòng)調(diào)整閥門。2.3.2容器液位的控制 間歇操作時(shí)，反應(yīng)器中液位是通過每批加料量來決定的。進(jìn)料時(shí)打開進(jìn)料泵，物料達(dá)到預(yù)定夜位時(shí)，關(guān)閉進(jìn)料泵。2.3.3泵的控制流體輸送設(shè)備為離心泵時(shí)，管路中流體流量通常有兩中調(diào)節(jié)方式，直接流量調(diào)節(jié)和旁觀流量調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)采用直接流量調(diào)節(jié)。 直接流量調(diào)節(jié)。流量計(jì)及調(diào)節(jié)閥安裝在輸出管道上，流量計(jì)在前，調(diào)節(jié)閥在后，通過調(diào)節(jié)閥門的開啟度，調(diào)節(jié)管路中流體流量的大小，該控制方案簡單、易操作。 旁路流量調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥設(shè)在循環(huán)旁路管道上，流量計(jì)設(shè)在輸出管道上，泵的流量是固定的，通過調(diào)節(jié)循環(huán)旁路中閥們的開啟度來調(diào)節(jié)流量。2.3.4換熱氣的控制 通常采用調(diào)節(jié)載熱體流量的方法，檢測(cè)點(diǎn)一般放在物料出口處，也可以放在載熱體出口處通過控制凝液流量大小。2.3.5報(bào)警、切斷及連鎖 為了保證安全生產(chǎn)，雖然采用了各種常規(guī)的復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)使工藝參數(shù)保持在安全范圍內(nèi)，但仍不排除在特殊情況下發(fā)生意外。對(duì)于種種不正常的狀態(tài)都應(yīng)考慮到，并在設(shè)計(jì)中采用充分的附加防范措施。本設(shè)計(jì)采用連鎖報(bào)警裝置。第三章 物料計(jì)算3.1物料計(jì)算方塊流程圖物料計(jì)算方塊流程圖如圖3-1堿酸炭水 汽精 制提濃粗AM罐結(jié) 晶干 燥離 心 圖3-13.2物料計(jì)算年生產(chǎn)330天，每天生產(chǎn)24小時(shí)。（1）年產(chǎn)5000噸晶體，需濃度為30%的粗原料年用量為： 噸/年 水分總損失=原料總量 - 產(chǎn)品總量 - 損失總量（2）經(jīng)過提濃后損失5噸/年，濃度達(dá)到35%，除去水分為： （3）、精制過程損失的主要是除去的雜質(zhì)。如下： 濃度為30%鹽酸用量：400噸/年 。濃度為30%堿用量：450噸/年。炭用量：100噸/年。 其中在精制過程中年純水用量約2000噸。 精制過程中碳吸附雜質(zhì)約5噸/年、離子交換除去雜質(zhì)約5噸/年。廢液=水 + 鹽酸量 + 堿量 + 炭 + 除去的雜質(zhì)。廢液=2000+400+450+100+5+5=2960噸/年經(jīng)提濃后總物料量為：（180000.30）0.35-5=15414.3噸/年（4）、結(jié)晶過程 結(jié)晶損失2噸/年 （5）、離心過程離心分離為35%其中損失5噸/年。經(jīng)分離后物料總量為：（15414.3-2-5）35%=5388.3噸/年 經(jīng)離心返回提濃段為： 15395.2-5388.3=10006.9噸/年（6）、干燥過程干燥損失5%其中損失2噸/年。由離心過來的總量為：5388.3噸/年。經(jīng)干燥工序后產(chǎn)品為：（ 5388.3-2）（1-0.05）=5116.98噸/年。第四章 設(shè)備計(jì)算4.1主物料管徑的計(jì)算 流體的流速， ； 流體的體積流量，； 管子內(nèi)徑，。查表取流速：=1.5，=10計(jì)算得：取d = 50mm。4.2循環(huán)水管徑計(jì)算 =2，=10，根據(jù)上面公式計(jì)算得取循環(huán)水管道直徑為40mm4.3釜體的計(jì)算結(jié)晶釜的體積計(jì)算： 間歇操作a 根據(jù)年產(chǎn)量確定日產(chǎn)量， b 確定生產(chǎn)周期或每天生產(chǎn)批數(shù) = 式中： 一個(gè)生產(chǎn)周期的時(shí)間，h； 結(jié)晶達(dá)到預(yù)期的時(shí)間，h； 輔助操作時(shí)間，h。 式中： 每天生產(chǎn)批數(shù)，。c 選擇反應(yīng)器的裝料系數(shù) 式中 液體的體積， 反應(yīng)器的實(shí)際體積， 攪拌釜， 取0.60.8，有起泡或沸騰時(shí)，取0.40.6d 計(jì)算反應(yīng)器體積及臺(tái)數(shù) 式中： 反應(yīng)液的混合密度，。 組分1所占的份數(shù)，%； 組分2所占的份數(shù)，%； 組分1的密度，； 組分1的密度，。間歇操作便于設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造，降低設(shè)備費(fèi)，取每個(gè)反應(yīng)器體積相同，此時(shí)： 式中： 反應(yīng)器臺(tái)數(shù)，個(gè)。結(jié)晶釜日產(chǎn)量為：=46.7 間歇操作： =9 h ， =1.5 h 取0.7 ， H/D=1.52，上下封頭均用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。間歇操作周期： = =9.0 +1.5=10.5 h液體體積為： 釜的總體積為： 取每個(gè)釜體積為，則需要釜的個(gè)數(shù)為：個(gè)查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為： 、。令：h 為釜體直邊高度、H為結(jié)晶釜總高度，則： 若取，則有：h=D 由于釜的上下封頭仍為標(biāo)準(zhǔn)封頭，因?yàn)槿〉妮^小，所以此處按公稱尺寸選釜體直徑。釜體的直邊高度為：釜的實(shí)際高度為： 根據(jù)表取封頭的直邊高度為50mm。釜體圓形直筒部分高度： 結(jié)晶釜的實(shí)際體積為：釜的實(shí)際長徑比： 取釜的體積為8.5。4.4提濃循環(huán)泵的計(jì)算根據(jù)伯努力方程式得： 式中： W 外加機(jī)械能，J/kg； 所選取兩截面距離地面的高度，m； 所選取兩截面的壓力，Pa； 所選取兩截面的液體流速，m/s； 兩截面間管路中的壓頭損失，m 已知管內(nèi)物料的流速：u=1.5m/s，所以 經(jīng)查表得，壓頭損失計(jì)算公式為： 式中： 兩截面間管路中的壓頭損失，m 管道內(nèi)流體流速，m/s設(shè)管道的總長l=10m，管徑d=0.05m。在整個(gè)管路中，共有4個(gè)90彎頭；2個(gè)截止閥；1個(gè)止回閥；1個(gè)流量計(jì)。經(jīng)查表可得：，將數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得： 所以 又因?yàn)?入數(shù)據(jù)計(jì)算得 在選擇泵的揚(yáng)程時(shí)，應(yīng)放大5%10%，所以，泵的揚(yáng)程可以選為 計(jì)算軸功率及電機(jī)功率 有效功率單位時(shí)間內(nèi)液體從泵獲得的能量，W。 式中： 體積流量，； 揚(yáng)程，m； 流體密度，； 重力加速度，。 =871.5W 軸功率單位時(shí)間內(nèi)泵軸所提供的能量，W。 式中： 泵效率。取92%得 =888.6W 電機(jī)功率電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所提供的功率，W。 式中： 電機(jī)傳動(dòng)效率； 選用電動(dòng)機(jī)富裕系數(shù)，與軸功率有關(guān)，取值范圍如下： 75 1.5 1.3 1.25 1.15 1.1選擇皮帶輪傳動(dòng)的電機(jī)，則 取=90%，K=1.5得 =1481W4.5提濃塔的計(jì)算式中： 組分1的摩爾質(zhì)量，g/mol； 組分2的摩爾質(zhì)量，g/mol； 組分1的百分含量，%； 組分2百分含量，%。原料組分的含量為：AM單體 =30%， =71gmol；水 =70%， =18 gmol則；經(jīng)提濃后AM濃度為35%，根據(jù)上式計(jì)算得；根據(jù)公式 得； 式中： 組分1的密度，； 組分2的密度，； 組分1的百分含量，%； 組分1的百分含量，%。已知 =0.3 ， =0.7查表得 =1122， 時(shí)水得密度=998.2，則水的密度為=983.1，經(jīng)提濃后混合密度為，； ，取R=2，取q=1氣相重度 式中： 表面張力為20 mN/m時(shí)的C值； 液體表面張力，mN/m； 表面張力為時(shí)的C值。選塔板間距，查表得，查表得=21.7mN/m 則計(jì)算塔徑得式中： 塔徑，m； 塔內(nèi)氣相的體積流量，； 氣相的空塔速度，m/s。則， 4.6風(fēng)機(jī)的計(jì)算 輸送60的熱空氣，風(fēng)量為40，出風(fēng)口位置為90度的風(fēng)機(jī)，并配用電機(jī)，風(fēng)壓為60mmH2O。根據(jù)工況要求風(fēng)量和風(fēng)壓，考慮加10%的附加值，即： mmH2O風(fēng)機(jī)的使用工況的空氣密度按氣體狀態(tài)方程式求，即： 風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為，空氣密度將使用工況狀態(tài)下的風(fēng)量和風(fēng)壓換算為實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)量和風(fēng)壓 m3/min mmH2O查離心式風(fēng)機(jī)性能表選擇轉(zhuǎn)速為1450r/min，軸功率為10.6KW的風(fēng)機(jī)。4.7冷凝器的計(jì)算（1）耗水量，根據(jù)推動(dòng)力tm及水消耗兩兩方面考慮，選擇水的出口溫度t=30，則水的平均溫度為： 在25時(shí)水的有關(guān)物理量為：密度 =997Kg/m3熱容 Cp=4.178Kg/(Kg)導(dǎo)熱系數(shù) =0.608W/(m)粘度 =0.86610-3PaS普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr=7.506 熱負(fù)荷： 水消耗量為： 從腐蝕性、傳熱面積和價(jià)格三方面綜合考慮后，選用252.5mm無縫鋼管，此管內(nèi)徑d0=0.02mm。工業(yè)上水和類似的流體流速一般取12.5m/s，則選AM的流速為1m/s。（2）估算傳熱面積和管子的根數(shù) 由于AM的粘度小于1，所以K取值范圍在50350W/（m2S），初選K=250 W/（m2S）估算傳熱面積為： m2單程管數(shù)為： 根單程管長為： 式中d1為管的外徑。選定換熱氣的管長為3m，則管程數(shù)為，即： 選換熱氣管程為2，則需要換熱氣的個(gè)數(shù)為N，即： 個(gè)每個(gè)換熱氣管根數(shù)為： 根每個(gè)換熱氣的面積為： m2根據(jù)S=6 m2，n=22查表選用換熱氣的型號(hào)，有關(guān)數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑DN 273mm 公稱壓力 2.5106Pa 傳熱面積S 7/7.30 管程數(shù) Np 2 管數(shù) n 32 管長 3m管子規(guī)格 252.5mm，管子排列方式為正三角形（3）管程壓降的計(jì)算管程雷諾準(zhǔn)數(shù)為： 其中u為選定換熱氣的實(shí)際操作流速，有下式計(jì)算 式中 m3/S 根所以 故 由于鋼管的絕對(duì)粗糙度=0.15mm，故，查與及的關(guān)系圖得，=0.035，又取管程結(jié)垢系數(shù)Ft=1.5，故的管程壓降為： =8598.76N/m2 9.8103Pa因此壓降滿足要求所計(jì)算的換熱氣符合要求。4.8旋風(fēng)分離器的計(jì)算 已知標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器的阻力系數(shù)=8.0，允許壓強(qiáng)P=700Pa，在60時(shí)空氣的物理常數(shù)為：=1.06Kg/m3 ，=2.010-5PaS，顆粒密度=1160Kg/m-3可得分離器的最大進(jìn)口速度 按照要求的分離效率，臨界粒徑不大于10um，而氣流回轉(zhuǎn)圈數(shù)Ne值取為5，求的進(jìn)管寬度。 旋風(fēng)分離器的直徑為： D=4B=40.13=0.52m一個(gè)旋風(fēng)分離器的處理量為： 含塵氣體在工況下的總流量為： 所需分離器的臺(tái)數(shù)為： 臺(tái)為了便于布置，決定采用4態(tài)分離器并聯(lián)操作。所以需要復(fù)算（1）從分離效率和處理量求分離器直徑每個(gè)旋風(fēng)分離器理量為： 旋風(fēng)分離器的臨界粒徑為： 按分離效率90%，其臨界粒徑為10um，即： 1010-6= (a)標(biāo)準(zhǔn)式旋風(fēng)分離器的入口寬度為： (b)旋風(fēng)分離器的入口高度為： （c）含粒氣體在旋風(fēng)分離器入口的流速為： （d）聯(lián)立（a）、(b)、(c)、(d)四式得：1010-6= 1010-6= 校核壓強(qiáng)降 =580.6Pa 700Pa校核壓強(qiáng)降表明旋風(fēng)分離器直徑可小一點(diǎn)。第五章 廠房布置5.1車間布置原則 從經(jīng)濟(jì)和壓降觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)備布置應(yīng)順從工藝流程，但若與安全、維修和施工有矛盾時(shí)，允許有所調(diào)整。控制室和配電室應(yīng)布置在生產(chǎn)區(qū)域的中心部位，并在危險(xiǎn)區(qū)之外。充分考慮本裝置車間與其他部門在總體布置圖上位置，力求緊湊、聯(lián)系方便、縮短輸送管線，達(dá)到節(jié)省管材費(fèi)用及運(yùn)輸費(fèi)用。設(shè)備布置整齊，盡量使主要管架布置與管道走向一致。5.2車間布置5.2.1車間平面布置廠房平面布置按其外形一般有長方形、L形和T形等。長方形便于總平面圖的布置，節(jié)約用地，有利于設(shè)備排列，縮短管線，易于安排交通出入口。廠房的柱網(wǎng)布置，要根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)而定，生產(chǎn)類別為甲、乙類生產(chǎn)，宜采用的柱網(wǎng)間距一般為6m，也有采用7.5m的。丙、丁、戊類生產(chǎn)可采用混合結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，開間采用4m、5m或6m。但不論框架結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)，在一幢廠房中不宜采用多種柱距。柱距要盡可能符合建筑模數(shù)的要求，這樣可以 充分利用建筑結(jié)構(gòu)上的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件，節(jié)約設(shè)計(jì)和施工力量，加速基建進(jìn)度。廠房寬度的確定，一般單層廠房寬度不宜超過32m，多層廠房寬度不宜超過24m，廠房常用寬度9m、12m、15m、18m、21m，也有用24m的。一般較經(jīng)濟(jì)的廠房的常用跨度，控制在6m左右，例如12m、15m、18m、21m的寬度廠房，長常分別布置成6-6，7.5-7.5，6-3-6，6-6-6形式等。在進(jìn)行車間布置時(shí)，要考慮廠房安全出入口，一般不應(yīng)少于2個(gè)。5.2.2車間立面布置化工廠房的高度，主要由工藝設(shè)備布置要求所決定。廠房的垂直布置要充分利用空間，每層高度取決于設(shè)備的高低、安裝的位置、檢修要求及安全衛(wèi)生等條件。一般框架結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)的多層廠房，層高多采用5m、6m，最低不得低于